ヒト由来の生体材料を用いたテーラーメイド型化粧品基材の創出−ヒト毛髪タンパク質とキトサンから成る複合フィルムの作製と性質−
信州大学繊維学部

藤 井敏 弘The technology of film production is important in the cosmetics and biomedical fields. We have developed
convenient procedures for preparing human hair protein films and particles mainly consisting of hard keratins.
Chitosan, a polysaccharide composed of D-glucosamine and N-acetyl-D-glucosamine, can form a film and iscommercially used in various fields. Thus, we prepared the composite films consisting of human hair proteins andchitosan. The composite films were translucent and formed a micro phase separation structure, which has eachcrystal of two components. The films consisting of 70-95% hair proteins exhibited higher UV/VIS-absorption around260-400 nm wavelength over the values that were obtained by summation of each component. The values of watercontent and contact angle decreased with increasing the content of hair proteins. The heat stability of hair protein
was improved by the addition of chitosan. These results suggest that a simple mixing with chitosan can control theproperties of the hair protein film including UV-absorption, water content, and contact angle. The composite film
can be customized for individuals and will be a promising material with biocompatibility.

１．緒られる。キチンが多くの溶媒に対して不溶性なのに対し、

言

キトサンは多種類の薄い有機酸に可溶で、加工しやすい利

私たちは、“セルフリサイクル”という理念を提唱して点をもつ。また、生体とのなじみが良く、生分解性、免疫いる。これは、動物や他人由来ではなく自己由来で廃棄さ効果、抗菌作用があるため化粧品や医用材料として使用されているが再生可能な組織を原材料として有用加工品を作れている 。

８）

製する技術を確立して、本人のために使用していこうとい本研究では、ヒト毛髪タンパク質粒子とキトサンが混合う考え方である。この理由としては、自己由来の原料からしたフィルムを作り、両者の特性を有する複合フィルムのできたモノを本人が使用するため、安全・安心な製品とな作製を試みた。

ることが期待できる。

2．実

セルフリサイクル製品の原料として，毛髪を第一に考え験切られ不要物質として廃棄されている生体材料である。こ2．1 毛髪タンパク質粒子とキトサン溶液の調製と複合フィルムの作製のため、血液などと比べ採取の負担が少なく、ある程度ま複数のボランティアから採取した毛髪を用い、エタノーとまった量を集めることが可能である。毛髪の 70 − 80％

ル洗浄を行った後に使用した。ヒト毛髪を信大法溶液（５は、ケラチンを主成分とするタンパク質で構成された硬組

M 尿素 , 2.6 M チオ尿素 , ５％ 2 -メルカプトエタノール，織である。ここからタンパク質を簡便に抽出する方法を見

25 mM Tris-HCl, pH8.5）に浸し、50℃下で３日間抽出を出して、信大法と名付けた行った。ろ過と遠心操作により毛髪残渣を取り除き、毛髪ている。髪の毛は一生涯にわたり合成され、余分な毛髪は１−３）。次に，毛髪タンパク質フィルムを形成する方法を開発した

４, ５）。しかし，このタン

３）タンパク質溶液（60−70 ㎎/㎖）を得た 。フィルム形成は、パク質フィルムの力学的な強度が低いため適用範囲が狭い。

100 mM 酢酸緩衝液（pH4.0）を満たしたシャーレにタンパ

フィルムは機械的な刺激を受けることにより、容易に粒子ク質溶液を静かにキャスティングして行った。十分に洗浄状態とすることができた。この作製と性質は本研究財団研後、回収したフィルムは超音波操作により粒子とした。キ

究業績の中間報告集などで報告している

トサンは、その粉末を 150 mM 酢酸水溶液に溶解した後蒸６，７）。

キチンはエビやカニの甲殻から分離、精製される複合多糖の１種で、これを脱アセチル化することでキトサンは得Creation of tailor-made type cosmetic
materials using human bio-materials−Preparation and properties of composite
film consisting of human hair proteinsand chitosan−
Toshihiro Fujii

留水に対して透析を行い、約 15 ㎎ / ㎖のキトサン溶液を得た。
毛髪タンパク質粒子の懸濁液とキトサン溶液の混合溶液をテフロン板またはシャーレ上にフィルム重量１−３㎎/㎠となるようにキャスティングし、室温で一晩自然乾燥させることにより、厚さ 15−50 ㎛の複合フィルムを作製した。

Faculty of Textile Science andTechnology, Shinshu University−6−ヒト由来の生体材料を用いたテーラーメイド型化粧品基材の創出

2．2

吸収スペクトル測定−ヒト毛髪タンパク質とキトサンから成る複合フィルムの作製と性質−

2．6

接触角測定

石英板上に約１㎎ /㎠となるようにキャスティングして接 触 角 は FACE Measurement and Analysis System

フィルムを作製した。吸収スペクトル（260−400nm）はFAMAS を使用して測定した。フィルムは約２時間蒸留分光光度計にて測定した。測定に使用したフィルムは、毛水で膨潤させた後、測定は 10 カ所で行い、その平均値を髪タンパク質粒子とキトサン溶液の混合溶液を、室温にて算出した。

3−5 時間自然乾燥させたものを使用した。フィルムの厚3．結果と考察さは 15−20 ㎛であった。

3．1
2．3

フィルムの形態

フーリエ変換赤外吸収スペクトル測定（FT-IR）

ヒト毛髪タンパク質とキトサンを合計した質量を一定と赤外吸収スペクトル測定は FTIR-8400（Shimadzu 製）して、その質量比を変えた複合フィルムを作製した（Fig.

を使用し行った。凍結粉砕したフィルムを臭化カリウムと1）。毛髪タンパク質フィルムは薄茶色を帯び半透明である。

混合し、タブレットに成型したものを使用した。測定範囲

一方、キトサンフィルムは透明なフィルムであった。複合は 400 − 4600 ㎝−1 で積算回数は 50 回とした。

フィルムにおいては、キトサン含量が 5 〜 20％の複合フ
ィルムは白味を帯びているが、20 − 80％のものではほぼ2．4

熱重量損失測定（TG）

透明であった。SEM 観察において特別な構造は見られな熱に対する挙動を調べるため、Thermo plus TG-8120かった。

を使用し熱重量損失測定を行った。フィルムを細かく砕いたものを使用し、昇温速度は 10℃ /min で 100℃から 500℃3．2まで温度を上昇させ、窒素中でフィルム重量を測定した。

吸収スペクトル測定

フィルムの 260 − 400nm における吸光度を Fig. 2 に示した。複合フィルムはキトサンフィルムおよび毛髪タンパ

2．5

膨潤率測定

ク質フィルムに比べて吸光度が増大し、毛髪タンパク質含膨潤率は厚さ 40−50 ㎛のフィルム片５−10 ㎎を使用し、量 80 − 90％の複合フィルムで特に高くなった。これは毛37℃で２時間蒸留水に浸すことで増加するフィルムの重量

髪タンパク質含量 80 − 90％の複合フィルムが光を通しに（膨潤重量）を測定した。測定は５回行い、その平均値をくいフィルムであることを示しており、肉視によるフィル算出した。

ム観察の結果と一致していた。また 280nm 付近の波長に膨潤率（％）=（膨潤重量（g）−乾燥重量（g））／乾燥重量（g）×100

Fig. 1

おいて、キトサンフィルムにはピークが見られなかったが、Photographs of the composite films consisting of hair proteins (HP) and chitosan−7−

コスメトロジー研究報告 Vol.16, 2008

毛髪タンパク質が加えられた複合フィルムでは吸収が見ら

3．4

熱重量損失測定（TG）れた。これは主成分のケラチンを構成しているに芳香族のフィルムの熱重量損失測定（TG）の結果を Fig. 4 に示アミノ酸などに依っているものと思われる。特に、UV-Bした。フィルムは 250 ℃付近から分解が始まり、徐々に重（290 − 320nm） と UV-C（200 − 290nm） の 紫 外 線 を 吸量を損失していった。500 ℃においては、毛髪タンパク質収するため、UV 吸収および反射型のフィルムとなることフィルムが重量の約 80％を損失しているのに対し、キトが期待される。

サンフィルムでは約 60％に留まっていた。複合フィルムにおいては毛髪タンパク質含量が少ないフィルムほど重量3．3

赤外吸収スペクトル測定 (FT-IR)の損失は少なかった。したがって、キトサンを含むことに各フィルムの 400 − 4600 ㎝ における赤外吸収スペク−1トルを Fig. 3 に示した。複合フィルムの波形は、毛髪タンより、複合フィルムは毛髪タンパク質フィルムよりも熱に対する安定性が増大することが示された。

パク質フィルムとキトサンフィルムの波形を加算した波形を示した。仮に毛髪タンパク質とキトサン分子が互いに結3．5膨潤率合しポリイオンコンプレックスなどを形成すれば、新たなフィルムを２時間蒸留水に浸したときの膨潤率を Fig. 5分子状態を示すピークが複合フィルムには生まれると考えに示した。最も重量が増加したキトサンフィルムにおいてられるが、今回作製したフィルムにおいては新たな分子状は、乾燥時の約 2.5 倍の水分重量を含んだ。毛髪タンパク態の変化を示唆するピークは確認できなかった。このこと

質含量が増加するにしたがって膨潤率は減少し、毛髪タンから、タンパク質分子とキトサン分子がフィルム内で独立パク質フィルムでは乾燥時の重量とほぼ同量の水分を含ん的に存在しているミクロ相分離の構造である可能性が高いものと思われた。

Fig. 2 Spectrometry of the composite films

Fig. 4

Thermogravimetric curves of the composite films−8−Fig. 3

FT-IR spectra of the composite films

Fig. 5

Water content of the composite films

ヒト由来の生体材料を用いたテーラーメイド型化粧品基材の創出でいた。キトサンは親水性ゲルを形成するといわれている−ヒト毛髪タンパク質とキトサンから成る複合フィルムの作製と性質−

謝辞

ため、両者の比率によりフィルムの膨潤率は調節が可能となる。

本研究にご助成頂きました財団法人コスメトロジー研究振興財団に深謝申し上げます。また、本研究の遂行にあたフィルムを 24 時間蒸留水に浸しその溶出率を調べたとり、共同研究者の野田裕人君に厚く御礼申し上げます。

ころ、いずれのフィルムにおいても 10％以下であった。
また 70％エタノール処理をしたフィルムにおいても同様（参考文献）な結果が得られた（data not shown）。

１）藤井敏弘：セルフメディケーションに向けたヒト毛髪蛋白質フィルムの創製と販売，バイオインダストリー ,３．
６ 接触角測定19(12), 22-27, 2002.

蒸留水中でのフィルムの接触角を Fig. 6 に示した。接触

２）藤井敏弘 , 小林俊一：セルフ - リサイクルに向けたヒ

角はキトサンフィルムが約 40°で最も高く、毛髪タンパク

ト毛髪タンパク質からの個人対応材料の開発，日本香粧品学会誌 , 30(1), 5-9, 2006.

質含量が増加するにしたがって減少する傾向を示した。毛髪タンパク質フィルムにおいて約 35°であった。接触角は

３）Nakamura, A., Arimoto, M., Takeuchi, K., and Fujii, T.:

濡れ特性を評価するための指標のひとつで、一般的に高いA rapid extraction procedure of human hair proteinsほど撥水性が高いと考えられている。毛髪タンパク質フィand identification of phosphorylated species, Biol.
Pharm. Bull., 25, 569-572, 2002.

ルムはキトサンとの混合化によりその接触角を微妙に調節

４）Fujii, T., Ogiwara, D., and Arimoto, M.: Conventient

することが可能であることが明らかとなった。

４．結procedures for human hair protein films and properties

語of alkaline phosphatase incorporated in the film. Biol.
Pharm, Bull., 27, 89-93, 2004.

中間報告などでヒト毛髪タンパク質フィルムから機械的な刺激により微粒子への変換とその形態と性質について報告した

６, ７）

５）Fujii, T. and Ide Y.: Preparation of translucent andflexible human hair protein films and their properties,。今回は、毛髪タンパク質微粒子を利用してキBiol. Pharm. Bull., 27, 1433-1436, 2004.

トサンと混合したフィルムを作製し、その形態と物理化学的な性質に重点をおいて調べた。この結果、両者は相分離６）Kobayashi, S., Morikawa, H., Ishii, S., and Fujii, T.:

しているフィルムであるが、キトサンが毛髪タンパク質フDevelopment of blood analog fluids using human hair

ィルムに混合されることにより機械的な強度の改善が見ら

protein particles. JSME Int. J. Ser. C, 48, 494-498, 2005.

れた。また、キトサンが 5 〜 20％添加されることにより

７）藤井敏弘：Preparation and properties of protein particles

白濁化が生じることと、キトサンの添加量に依存した複合

from human hair, コスメトロジ研究振興財団 研究業績

フィルムの膨潤率の増大と接触角の微増が認められた。

中間報告集 , 16, 25-31, 2007.

キトサンが衛生関連の商品に利用されている一因として、

８）戸倉清一：物性・機能と用途，矢吹稔編，：最後のバ

抗菌作用を示すことに依っている。今後、フィルムの抗菌

イオマスキチン、キトサン，技報堂出版，1995，51-86

性についての評価を行い、コスメトロジー分野における個頁.

人対応型新規素材としての可能性を検討する。

Fig. 6

Contact angles of the composite films−9−